BR112012032876B1 - TRIM PROCESS FOR MANUFACTURING A REINFORCED PIPE AND REINFORCED PIPE - Google Patents
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Abstract
processo de guarnição para reforçar uma tubulação à manutenção axial e á manutenção à pressão interna. a presente invenção refere-se a um processo de guarnição que permite fabricar um tubo reforçado no qual se efetuam as seguintes operações : se deposita uma camada de reforço 2 em torno de um tubo metálico para deformar plasticamente o tubo metálico,aplicando uma pressão p2 no compartimento z2, a força sendo determinada para introduzir um esforço de compressão no tubo metálico, após relaxamento da força, e- se impõe uma pressão p1 no compartimento z1 para aplicar uma pressão sobre a parede interna do tubo metálico, a fim de deformar plasticamente o tubo metálico, a pressão sendo determinada para introduzir um esforço de compressão no tubo metálico, a fim de deformar plasticamente o tubo metálico, após relaxamento da força, e-se impõe uma pressão p1 no compartimento z1 para aplicar uma pressão sobre a parede interna do metálico, a fim de deformar plasticamente o tubo metálico, a pressão sendo determinada oara introduzir um esforço de compressão no tubo metálico, após relaxamento da pressão. o fato de os dois compartimentos z1 e z2 serem distintos e independentes permite aplicar pressões p1 e p2 independentemente um do outro. assim, o processo permite aplicar pré-esforços radiais e axiais independentes, de forma a otimizar a resistência do tubo guarnecidolining process to reinforce a pipe for axial maintenance and internal pressure maintenance. the present invention relates to a packing process that makes it possible to manufacture a reinforced tube in which the following operations are carried out: a reinforcement layer 2 is deposited around a metallic tube to plastically deform the metallic tube, applying a pressure p2 on the compartment z2, the force being determined to introduce a compressive effort in the metallic tube, after relaxation of the force, and - a pressure p1 is imposed in compartment z1 to apply pressure on the inner wall of the metallic tube, in order to plastically deform the metallic tube, the pressure being determined to introduce a compression effort in the metallic tube, in order to plastically deform the metallic tube, after relaxation of the force, and a pressure p1 is imposed in the z1 compartment to apply pressure on the inner wall of the metal, in order to plastically deform the metal tube, the pressure being determined to introduce a compression effort in the metal tube, after relaxing the pressure to. the fact that the two compartments z1 and z2 are distinct and independent allows to apply pressures p1 and p2 independently of each other. thus, the process allows to apply independent radial and axial prestresses, in order to optimize the resistance of the fitted tube
Description
Relatório Descritivo da Patente de Invenção para PROCESSO DE GUARNIÇÃO PARA FABRICAR UMA TUBULAÇÃO REFORÇADA E TUBULAÇÃO REFORÇADA.Descriptive Report of the Invention Patent for PROCESS OF GUARNITION TO MANUFACTURE A REINFORCED PIPING AND REINFORCED PIPING.
A presente invenção refere-se ao domínio das tubulações metálicas reforçadas por guarnição. As tubulações, de acordo com a invenção, são bem adaptadas para equipar uma instalação de perfuração no mar e/ou uma instalação de produção de um campo petrolífero no mar.The present invention relates to the domain of metal pipes reinforced by trim. The pipes, according to the invention, are well adapted to equip an offshore drilling installation and / or an offshore oil field production facility.
Para perfurar um poço no mar ou para produzir um efluente petrolífero, a partir de uma jazida situada no mar, utiliza-se uma coluna montante, geralmente denominada riser, permitindo ligar a cabeça de poço, situada no nível do fundo do mar, a um suporte situado na superfície do mar. Uma coluna montante de perfuração ou de produção é constituída por um conjunto de elementos tubulares, ligados por conectores. Os elementos tubulares são ligados sobre o local de perfuração ou de produção, a partir de um suporte flutuante. A coluna desce no corte de água, à medida que ocorre a ligação dos elementos tubulares, até atingir a cabeça de poço situada no fundo do mar.To drill a well in the sea or to produce a petroleum effluent, from a deposit located in the sea, an upstream column, usually called riser, is used, allowing the wellhead, located at the seabed level, to be connected to a support located on the sea surface. An upstream drilling or production column consists of a set of tubular elements, connected by connectors. The tubular elements are connected on the drilling or production site, using a floating support. The column descends in the water cut, as the tubular elements are connected, until reaching the wellhead located on the seabed.
Na óptica de perfurar a profundidades de água que podem atingir 3500 m ou mais, o peso da coluna montante se torna penalizante. Esse fenômeno é agravado pelo fato de, para uma mesma pressão máxima de serviço, o comprimento da coluna impor um diâmetro interno dos condutos auxiliares maior, considerando-se a necessidade de limitar as perdas de carga. A utilização de tubulações guarnecidas, de acordo com a invenção, como tubulação principal ou tubulação auxiliar de uma coluna montante de perfuração permite reduzir-lhe significativamente o peso e, portanto, operar à maior profundidade. De forma similar, as colunas montantes de produção são submetidas a solicitações cada vez mais importantes ligadas à pressão e a seu peso, que a presente invenção permite reduzir.With a view to drilling at water depths that can reach 3500 m or more, the weight of the upstream column becomes penalizing. This phenomenon is aggravated by the fact that, for the same maximum service pressure, the length of the column imposes a larger internal diameter of the auxiliary ducts, considering the need to limit pressure losses. The use of fitted pipes, according to the invention, as the main pipe or auxiliary pipe of an upright drilling column allows it to significantly reduce its weight and, therefore, operate at greater depth. Similarly, the production columns are subjected to increasingly important demands related to pressure and weight, which the present invention allows to reduce.
Existem diferentes métodos de guarnição que permitem reforçar um tubulação metálica, dispondo dos elementos de reforço compósito, geralmente sob a forma de uma cinta composta de fibras revestidas em um polímero, sob esforço em, torno da tubulação metálica. A guarnição permiteThere are different methods of lining that make it possible to reinforce a metallic pipe, having the composite reinforcement elements, usually in the form of a belt composed of fibers coated in a polymer, under stress around the metallic pipe. The trim allows
Petição 870190060786, de 28/06/2019, pág. 10/16Petition 870190060786, dated 06/28/2019, p. 10/16
2/12 aumentar a resistência mecânica da tubulação, sem aumentar seu peso de maneira significativa, considerando-se o baixo peso dos elementos de reforço.2/12 increase the mechanical resistance of the pipeline, without significantly increasing its weight, considering the low weight of the reinforcement elements.
Uma técnica de guarnição, denominada guarnição circunferenci5 al, consiste em enrolar um elemento de reforço em torno de uma tubulação metálica, a fim de aumentar a resistência da tubulação à pressão interna. Por exemplo, o documento WO 82/01159 propõe enrolar o elemento de reforço em torno da tubulação metálica, aí introduzindo uma tensão. Assim, o elemento de reforço enrolado em torno da tubulação é comprimido em ten10 são, o que introduz a colocação sob esforço da tubulação metálica. O préesforço radial sofrido pela tubulação é semelhante àquele que produziría uma pressão externa.A lining technique, called circumferential lining, consists of wrapping a reinforcement element around a metal pipe in order to increase the resistance of the pipe to internal pressure. For example, WO 82/01159 proposes to wrap the reinforcement element around the metallic pipe, introducing a tension there. Thus, the reinforcement element wrapped around the tubing is compressed in ten10 s, which introduces the placing under stress of the metallic tubing. The radial prestress suffered by the pipe is similar to that which would produce an external pressure.
Uma outra técnica de guarnição, denominada guarnição axial propõe introduzir esforços de compressão axial na tubulação metálica e es15 forços de tração axial no elemento de reforço. Por exemplo, o documento US , 2010/0032214 propõe um dispositivo composto de uma parte móvel axialmente em relação à tubulação metálica para introduzir forças de tração no elemento de reforço e forças de compressão na tubulação metálica.Another lining technique, called axial lining, proposes to introduce axial compression stresses in the metallic piping and axial traction forces in the reinforcement element. For example, US, 2010/0032214 proposes a device composed of a moving part axially in relation to the metallic piping to introduce tensile forces on the reinforcement element and compressive forces on the metallic piping.
A presente invenção propõe associar a guarnição circunferencial 20 e a guarnição axial para acumular as reduções de peso fornecidas por essas duas técnicas. Todavia, essa associação apresenta o problema da realização das colocações sob esforço da guarnição axial e da guarnição circunferencial. Com efeito, a guarnição axial condiciona principalmente a manutenção da tubulação guarnecida, enquanto que a guarnição circunferencial con25 diciona principalmente a manutenção da tubulação à pressão interna. É importante que as operações de guarnição axial não modifiquem as características da guarnição circunferencial ou as modifiquem pouco e, inversamente, as operações de guarnição circunferencial não modifiquem ou modifiquem pouco as características da guarnição axial.The present invention proposes to combine the circumferential pad 20 and the axial pad to accumulate the weight reductions provided by these two techniques. However, this association presents the problem of carrying out the placement under stress of the axial and circumferential lining. In effect, the axial gasket mainly conditions the maintenance of the piped pipe, while the circumferential gasket mainly conditions the maintenance of the pipe to internal pressure. It is important that axial lining operations do not modify the characteristics of the circumferential lining or slightly modify it, and conversely, circumferential lining operations do not modify or slightly modify the characteristics of the axial lining.
A presente invenção propõe uma técnica de guarnição que associa um reforço circunferencial e axial da tubulação metálica, permitindo introduzir pré-esforços de compressão radial independentemente dos pré3/12 esforços de compressão axiais na tubulação metálica.The present invention proposes a lining technique that combines a circumferential and axial reinforcement of the metallic tubing, allowing the introduction of radial compression prestresses independently of the axial compressive prestresses in the metallic tubing.
De maneira geral, a presente invenção se refere a um processo de guarnição para fabricar uma tubulação reforçada, na qual se efetuam as seguintes operações:In general, the present invention relates to a packing process to manufacture a reinforced pipe, in which the following operations are carried out:
a) se fornece uma tubulação metálica, depoisa) if a metallic pipe is provided, then
b) se deposita uma camada de reforço em tono da tubulação metálica, a camada comportando elementos alongados de reforço à pressão interna e à traça axial; depoisb) a reinforcement layer is deposited around the metal pipe, the layer comprising elongated reinforcement elements at internal pressure and the axial design; after
c) se impõe uma força de tração às extremidades da tubulação *•10 metálica para deformar plasticamente a tubulação metálica, a força sendo orientada paralelamente ao eixo da tubulação metálica, a força sendo determinada para introduzir um esforço de compressão na tubulação metálica, após relaxamento da força; ec) a tensile force is imposed on the pipe ends * • 10 metallic to plastically deform the metallic pipe, the force being oriented parallel to the axis of the metallic pipe, the force being determined to introduce a compression effort in the metallic pipe, after relaxation strength; and
d) se impõe uma pressão sobre a parede interna da tubulação metálica para deformar plasticamente a tubulação metálica, a pressão sendo „ determinada para introduzir um esforço de compressão na tubulação metálica após relaxamento da pressão, o processo sendo caracterizado pelo fato ·* de se fixar o valor dessa pressão independentemente do valor dessa força de tração.d) a pressure is imposed on the inner wall of the metallic pipe to plastically deform the metallic pipe, the pressure being „determined to introduce a compressive effort in the metallic pipe after the pressure has relaxed, the process being characterized by the fact that it is fixed the value of that pressure regardless of the value of that tractive force.
De acordo com a invenção, a operação c), se pode impor a força de tração por meio de um macaco.According to the invention, operation c), the pulling force can be imposed by means of a jack.
Na etapa d), pode-se formar um compartimento na tubulação metálica, uma parte do compartimento sendo constituída pela parede interna da tubulação metálica, e pode-se injetar um fluido sob pressão no comparti25 mento. O compartimento pode ter uma forma anular compreendida entre a parede interna da tubulação metálica e uma segunda parede tubular disposta na tubulação metálica.In step d), a compartment can be formed in the metallic piping, a part of the compartment being constituted by the inner wall of the metallic piping, and a fluid can be injected under pressure into the compartment. The compartment may have an annular shape between the inner wall of the metallic pipe and a second tubular wall disposed in the metallic pipe.
Podem-se realizar simultaneamente as operações c) e d).Operations c) and d) can be performed simultaneously.
Alternativamente, podem-se realizar sequencialmente as opera30 ções c) e d).Alternatively, operations c) and d) can be performed sequentially.
Pode-se solidarizar a camada de reforço nas duas extremidades da tubulação metálica por meios de ligação.The reinforcement layer can be attached to both ends of the metal piping by means of connection.
4/124/12
Na etapa b), pode-se depositar pelo menos uma primeira parte dos elementos alongados de reforço, formando um ângulo compreendido entre 0 e 45 0 em relação ao eixo da tubulação e pode-se depositar pelo menos uma segunda parte dos elementos alongados de reforço, formando um 5 ângulo compreendido entre 45 e 90 0 ém relação aoreixo da tubulação.In step b), at least a first part of the elongated reinforcement elements can be deposited, forming an angle between 0 and 45 0 in relation to the pipe axis and at least a second part of the elongated reinforcement elements can be deposited. , forming an angle between 45 and 90 0 is in relation to the pipe axis.
Alternativamente, pode-se depositar os elementos alongados, formando um ângulo compreendido entre 45 e 60°.Alternatively, the elongated elements can be deposited, forming an angle between 45 and 60 °.
A tubulação metálica pode ser composta de um aço, de uma liga de alumínio ou de uma liga de titânio.The metal piping can be composed of steel, aluminum alloy or titanium alloy.
>10 Os elementos alongados podem ser compostos de fibras de reforço revestidas em uma matriz polímero. As fibras de reforço podem ser escolhidos dentre as fibras de vidro, as fibras de carbono e as fibras de aramida e no qual a matriz polímero pode ser escolhida dentre um polietileno, um poliamida, um poliéter éter cetona, um polipropileno, um polifluoreto de 15 vinilideno e um epóxido.> 10 The elongated elements can be composed of reinforcement fibers coated in a polymer matrix. Reinforcement fibers can be chosen from glass fibers, carbon fibers and aramid fibers and in which the polymer matrix can be chosen from a polyethylene, a polyamide, a polyether ether ketone, a polypropylene, a polyfluoride 15 vinylidene and an epoxide.
. A invenção compreende também a tubulação reforçada obtida pelo processo, de acordo com a invenção.. The invention also comprises the reinforced piping obtained by the process, according to the invention.
-* Outras características e vantagens da invenção serão melhor compreendidas e aparecerão claramente com a leitura da descrição feita a 20 seguir com referência aos desenhos dentre os quais:- * Other features and advantages of the invention will be better understood and will appear clearly with the reading of the description made below with reference to the drawings among which:
- a figura 1 representa a estrutura de uma tubulação guarnecida;figure 1 represents the structure of a fitted pipe;
- a figura 2 esquematiza um dispositivo de guarnição, de acordo com a invenção;figure 2 schematically shows a packing device according to the invention;
- as figuras 3 e 4 esquematizam dispositivos de guarnição axial, 25 de acordo com a invenção;figures 3 and 4 show axial packing devices, 25 according to the invention;
- as figuras 5 e 6 esquematizam dispositivos de guarnição circunferencial, de acordo com a invenção;figures 5 and 6 diagram circumferential lining devices, according to the invention;
- a figura 7 representa um diagrama, indicando a resistência axial e em pressão de tubulações.- figure 7 represents a diagram, indicating the axial and pressure resistance of pipes.
A figura 1 representa uma tubulação metálica 1 de eixo AA', que é reforçado por uma camada de reforço 2. A tubulação comporta uma parte corrente B de espessura e1 sensivelmente constante e de um diâmetro inFigure 1 represents a metallic pipe 1 with axis AA ', which is reinforced by a reinforcement layer 2. The pipe comprises a current part B of substantially constant thickness E1 and an in diameter
5/12 terno D sensivelmente constante sobre o comprimento Ha parte B. A parte B é envolvida de duas partes C que permitem fazer cooperar a tubulação metálica com os elementos de reforço 2. As partes C podem ser reforçadas, por exemplo, por uma espessura e2 de metal mais importante que a espessura e1. Enfim, as extremidades da tubulação 1 são munidas de ponteiras de co----------nexão E.5/12 suit D substantially constant over length Ha part B. Part B is made up of two parts C which make it possible to cooperate the metallic tubing with the reinforcement elements 2. The parts C can be reinforced, for example, by a thickness metal e2 more important than thickness e1. Finally, the ends of the piping 1 are provided with co ---------- connectors E.
A tubulação 1 pode ser composta de um aço, por exemplo, em aço X60, X80, X100. A tubulação 1 pode ser composta de uma liga de alumínio. Por exemplo, podem-se empregar as ligas de alumínio referenciadasPiping 1 can be made of steel, for example, steel X60, X80, X100. Piping 1 can be composed of an aluminum alloy. For example, aluminum alloys referenced can be used
- 10 1050,1100, 3014, 2024, 3003, 5052, 6063, 6082, 5083, 5086, 6061, 6013,- 10 1050,1100, 3014, 2024, 3003, 5052, 6063, 6082, 5083, 5086, 6061, 6013,
7050, 7055 por ASTM (American Standard for Testing and Material) ou as ligas de alumínio comercializadas sob as referências C405, CU31, C555, CU92, C805, C855, C70H pela sociedade ALCOA. A tubulação 1 pode também ser composta de uma liga de titânio. Por exemplo, pode-se utilizar uma liga de titânio Ti-6-4 (liga comportando, em percentagem do peso, pelo me. nos 85 % de titânio, aproximadamente 6 % de alumínio e 4 % de vanádio) ou a liga Ti-6-6-2, comportando em percentagem do peso, aproximadamente, 6 ' % de alumínio, 6 % de vanádio, e 2 % de estanho e pelo menos 80 % de titânio.7050, 7055 by ASTM (American Standard for Testing and Material) or aluminum alloys sold under the references C405, CU31, C555, CU92, C805, C855, C70H by the company ALCOA. Piping 1 can also be composed of a titanium alloy. For example, you can use a Ti-6-4 titanium alloy (alloy containing, by weight, at least 85% titanium, approximately 6% aluminum and 4% vanadium) or Ti-6-4 alloy. 6-6-2, with a weight percentage of approximately 6 '% aluminum, 6% vanadium, and 2% tin and at least 80% titanium.
A parte B da tubulação é geralmente fabricada a partir de um esboço laminado ou extrudado. As partes C e E podem ser peças obtidas, por exemplo, por usinagem, forja ou moldagem. As partes C e E podem ser soldadas na parte B.Part B of the piping is generally manufactured from a laminated or extruded sketch. Parts C and E can be parts obtained, for example, by machining, forging or molding. Parts C and E can be welded to part B.
A camada de reforço 2 pode ser constituída de elementos de re25 forços, por exemplo, elementos alongados (fitas ou fios), compostos de fibras, por exemplo, fibras de vidro, de carbono ou de aram ida, as fibras sendo revestidas em, ou impregnadas por, uma matriz polímero. A matriz polímero pode ser em material termoplástico, tal como o polietileno, a poliamida (notadamente PA11, PA6, PA6-6 ou PA12), o poliéter éter cetona (PEEK), o polipropileno (PP), ou o polifluoreto de vinilideno (PVDF). A matriz polímero pode também ser em material termo-endurecível, tal como os epóxidos.. Na presente descrição um elemento alongado designa um elemento do qualThe reinforcement layer 2 may consist of reinforcement elements, for example, elongated elements (ribbons or yarns), composed of fibers, for example, glass, carbon or aram fibers, the fibers being coated in, or impregnated with, a polymer matrix. The polymer matrix can be in thermoplastic material, such as polyethylene, polyamide (notably PA11, PA6, PA6-6 or PA12), polyether ether ketone (PEEK), polypropylene (PP), or vinylidene polyfluoride (PVDF ). The polymer matrix can also be in thermosetting material, such as epoxides. In the present description an elongated element designates an element of which
6/12 uma dimensão é muito grande em relação aos outros. Os êlêmèhTOs^íe~Teforços são depositados por camada sobre a tubulação 1, isto é, formando um estojo contínuo e de espessura sensivelmente constante sobre a parte B e eventualmente sobre uma parte das partes C da tubulação 1.6/12 one dimension is very large in relation to the others. The elements are deposited by layer 1 on the pipe 1, that is, forming a continuous case of substantially constant thickness on part B and possibly on part of parts C of pipe 1.
Pode-se depositar elementos de reforço sobre a superfície externa da tubulação 1, formando um ângulo compreendido entre 45 e 60 0 para reforçar axialmente e radialmente a tubulação metálica.Reinforcement elements can be deposited on the external surface of the pipe 1, forming an angle between 45 and 60 0 to reinforce the metal pipe axially and radially.
Alternativamente pode-se depositar uma parte dos elementos de reforço sobre a superfície externa da tubulação 1, segundo uma direção 10 sensivelmente paralela ao eixo AA' para reforçar axialmente a tubulação metálica, por exemplo, formando um ângulo compreendido entre 0 e 45 °, de preferência entre 0 e 30 °, em relação ao eixo AA'. E pode-se depositar a outra parte elemento de reforço sobre a superfície externa da tubulação 1, segundo uma direção sensivelmente perpendicular ao eixo AA' para reforçar 15 radialmente a tubulação metálica, por exemplo, formando um ângulo compreendido entre 45 e 90 °, de preferência entre 60 e 90 0 em relação ao eixo AA'. Por exemplo, enrolam-se helicoidalmente elementos de reforço em torno da tubulação 1 para formar a camada de reforço 2.Alternatively, a part of the reinforcement elements can be deposited on the external surface of the pipe 1, in a direction 10 substantially parallel to the axis AA 'to axially reinforce the metal pipe, for example, forming an angle between 0 and 45 °, in preferably between 0 and 30 °, in relation to the axis AA '. And the other part of the reinforcement element can be deposited on the external surface of the pipe 1, in a direction substantially perpendicular to the axis AA 'to reinforce the metal pipe 15 radially, for example, forming an angle between 45 and 90 °, from preferably between 60 and 90 0 with respect to axis AA '. For example, reinforcement elements are helically wound around the pipe 1 to form the reinforcement layer 2.
De maneira geral, para equilibrar a manutenção dos elementos 20 de reforço alongados, quando se deposita uma quantidade de elementos, segundo um ângulo α , deposita-se uma quantidade equivalente de elemento segundo um ângulo igual a -a . Na presente descrição, quando se especifica um ângulo de colocação α de um elemento alongado em relação ao eixo da tubulação, compreende-se que uma parte dos elementos alongados é 25 colocado com um ângulo alfa e que a outra parte é colocada com um ângulo -a em relação ao eixo da tubulação.In general, to balance the maintenance of the elongated reinforcing elements 20, when depositing a number of elements, at an angle α, an equivalent amount of element is deposited at an angle equal to -a. In the present description, when specifying an α placement angle of an elongated element in relation to the pipe axis, it is understood that a part of the elongated elements is placed with an alpha angle and that the other part is placed with an angle - a in relation to the pipe axis.
A camada de reforço 2 pode ser obtida, alternando a colocação de elementos de reforço sensivelmente perpendicular ao eixo AA'e de elementos de reforço sensivelmente paralelo ao eixo AA'. Pode-se também co30 locar uma primeira camada de reforço composta de elementos de reforços sensivelmente perpendicular ao eixo AA', depois se recobre a primeira camada por uma segunda camada de reforço composta de elementos alonga7/12 dos colocados sensivelmente paralelos ao eixo AA'. Inversamente, pode-se também apresentar uma primeira camada de reforço composta de elementos de reforços sensivelmente paralela ao eixo AA', depois se recobre a primeira camada por uma segunda camada de reforço composta de elementos 5 alongados colocados sensivelmente perpendicular ao eixo AA'.The reinforcement layer 2 can be obtained by alternating the placement of reinforcement elements substantially perpendicular to the axis AA'and of reinforcement elements substantially parallel to the axis AA '. It is also possible to place a first reinforcement layer composed of reinforcement elements substantially perpendicular to the axis AA ', then the first layer is covered by a second reinforcement layer composed of elements extending 7/12 from those placed substantially parallel to the axis AA'. Conversely, a first reinforcement layer composed of reinforcement elements substantially parallel to the axis AA 'can also be presented, then the first layer is covered by a second reinforcement layer composed of elongated elements 5 placed approximately perpendicular to the axis AA'.
De acordo com a invenção, os elementos alongados da camada de reforço 2 cooperam com a tubulação metálica 1, para permitir a transferência dos esforços entre a tubulação metálica 1 e a camada de elementos de reforço 2. Por exemplo, pode-se ligar solidariamente a camada de reforço -10 às extremidades da tubulação 1, no nível das partes C, por meios de ligaçãoAccording to the invention, the elongated elements of the reinforcement layer 2 cooperate with the metallic piping 1, to allow the transfer of forces between the metallic piping 1 and the reinforcement elements layer 2. For example, it can be solidly connected to reinforcement layer -10 to the ends of the pipe 1, at the level of parts C, by means of connection
3. Os meios 3 formam uma interface entre a camada de reforço 2 e a tubulação metálica 1. Quando a tubulação guarnecida é submetida a um esforço detração axial, os meios 3 permitem transmitir o esforço de tração axial conjuntamente à tubulação metálica 1 e à camada de reforço 2. Assim, o esfor15 ço de tração é repartido ou dividido entre a tubulação metálica 1 e a camada de reforço 2. As ranhuras são circunferenciais e perpendiculares ao eixo AA' da tubulação.3. The means 3 form an interface between the reinforcement layer 2 and the metallic pipe 1. When the fitted pipe is subjected to an axial retraction effort, the means 3 allow to transmit the axial tensile stress together to the metallic pipe 1 and the layer reinforcement 2. Thus, the tractive effort is divided or divided between the metallic pipe 1 and the reinforcement layer 2. The grooves are circumferential and perpendicular to the axis AA 'of the pipe.
Por exemplo, o meio de ligação 3 pode ser um dispositivo de tipo Trap Loock, por exemplo, descrito no documento US 6.042.152A. Os ele20 mentos da camada de reforço são presos e mantidos em ranhuras abertas no nível das partes C e da tubulação metálica.For example, connection means 3 can be a Trap Loock type device, for example, described in US 6,042,152A. The elements of the reinforcement layer are attached and kept in open grooves at the level of the C parts and the metallic piping.
Os meios de ligação 3 podem também consistir e um dispositivo com peões descrito no documento US 5 288 109. Enxertos metálicos ou peões atravessam a espessura da camada de reforço no nível das partes C da 25 tubulação metálica. Os peões são alojados em parte em orifícios limites abertos na parte C da tubulação metálica.The connection means 3 can also consist of a pedestrian device described in US 5 288 109. Metal grafts or pedestrians cross the thickness of the reinforcement layer at the level of the C parts of the metallic pipe. The pedestrians are partly housed in open limit holes in part C of the metal piping.
A tubulação 1 munida da camada de reforço 2 é inserida em um dispositivo de guarnição, tal como esquematizado pela figura 2. O dispositivo é constituído de duas partes de tubulação 24 e 25 que têm um diâmetro d 30 externo inferior ao diâmetro D interno da tubulação 1. As partes de tubulação 24 e 25 são ligadas uma à outra pela ligação 26 eu autoriza um deslizamento da tubulação 24 em relação à tubulação 25. Por exemplo, a ligação 26The pipe 1 provided with the reinforcement layer 2 is inserted in a fitting device, as shown in figure 2. The device consists of two parts of pipe 24 and 25 that have an external diameter d 30 smaller than the internal diameter D of the pipe 1. The pipe parts 24 and 25 are connected to each other by connection 26 and allow pipe 24 to slide in relation to pipe 25. For example, connection 26
8/12 pode ser um encaixe telescópico da tubulação 24 na tubulação 1 sensívelmente paralelo ao seu eixo AA'. A extremidade da tubulação 25 é obturada pelo bujão 27. Por exemplo, o bujão 27 é soldado sobre a extremidade da tubulação 24 é obturada pelo bujão 28. Além disso, os bujões 27 e 28 são 5 respectivamente fixados solidariamente nas extremidades da tubulação metálica 1, por meio de um aperto ou de uma parafusação sobre as ponteiras de conexão E referenciados na figura 1.8/12 can be a telescopic fit of pipe 24 to pipe 1 substantially parallel to its axis AA '. The end of the pipe 25 is plugged by the plug 27. For example, the plug 27 is welded on the end of the pipe 24 is plugged by the plug 28. In addition, the plugs 27 and 28 are respectively fixed severally to the ends of the metal pipe 1 , by means of a tightening or screwing on the connection tips E referenced in figure 1.
Na figura 2, as juntas de estanqueidade 29, 30 e 31 permitem criar duas zonas fechadas distintas. A junta de estanqueidade 29 permite - 10 tornar a ligação 26 entre as partes de tubulação 24 e 25 estanque. A junta de estanqueidade 30 é disposta entre a superfície externa da parte de tubulação 24 e a superfície interna da tubulação 1, de preferência no nível da parte reforçada Cou da ponteira E. A junta de estanqueidade 31 é disposta entre a superfície externa da parte de tubulação 25 e a superfície interna da 15 tubulação 1, de preferência no nível da parte reforçada C ou da ponteira E.In figure 2, the sealing joints 29, 30 and 31 allow to create two distinct closed zones. The seal 29 allows to make the connection 26 between the pipe parts 24 and 25 watertight. The seal 30 is arranged between the outer surface of the pipe part 24 and the inner surface of the pipe 1, preferably at the level of the reinforced Cou part of the tip E. The seal 31 is arranged between the outer surface of the pipe part. piping 25 and the inner surface of piping 1, preferably at the level of the reinforced part C or the tip E.
Assim, o espaço fechado delimitado pela superfície interna da tubulação 1 e as superfícies externas das partes de tubulações 24 e 25 e tornado estanque pelas juntas 29, 30 e 31 forma um primeiro compartimento Z1. O espaço fechado delimitado pela superfície interna das partes de tubulações 24 e 25, e 20 fechado pelos bujões 27 e 28 forma um segundo compartimento Z2. A tubulação 33 permite introduzir um fluido sob uma pressão P1 no compartimento Z1. A tubulação 34 permite introduzir um fluido sob uma pressão P2 no compartimento Z2.Thus, the closed space bounded by the internal surface of the pipe 1 and the external surfaces of the pipe parts 24 and 25 and sealed by joints 29, 30 and 31 form a first compartment Z1. The closed space bounded by the inner surface of the pipe parts 24 and 25, and 20 closed by plugs 27 and 28 forms a second compartment Z2. Piping 33 allows a fluid to be introduced under pressure P1 into compartment Z1. Piping 34 allows a fluid to be introduced under pressure P2 into compartment Z2.
Para colocar a tubulação metálica 1 e os elementos de reforço 2 sob esforço, aplica-se uma pressão P1 e uma pressão P2 suficientemente grandes para deformar plasticamente a tubulação metálica 1.Podem-se aplicar simultaneamente as pressões P1 e P2. Pode-se aplicar também uma das pressões P1 ou P2, depois a outra, por exemplo, P1, depois P2 ou P2 depois P1.In order to place the metallic pipe 1 and the reinforcement elements 2 under pressure, a pressure P1 and a pressure P2 large enough to plastically deform the metal pipe 1. The pressures P1 and P2 can be applied simultaneously. One of the pressures P1 or P2 can also be applied, then the other, for example, P1, then P2 or P2 then P1.
A pressão P1 no compartimento Z1 permite deformar radialmente atub 1. Com efeito, o fluido no compartimento Z1 aplica uma pressão sobre a superfície interna da tubulação 1. A pressão interna aplicada sobre aThe pressure P1 in compartment Z1 allows to deform radially the tube 1. In fact, the fluid in compartment Z1 applies pressure to the internal surface of the pipe 1. The internal pressure applied to the
9/12 superfície interna da tubulação 1 provoca uma êxpãrisãõ radial da tubulação------9/12 inner surface of the pipe 1 causes a radial expansion of the pipe ------
1. Quando o limite de deformação elástica é ultrapassado, a tubulação se deforma plasticamente e não volta mais à sua forma inicial, quando se reduza pressão P1. A deformação residual da tubulação 1 induz esforços de ten- são nas camadas circunferenciais do reforço 1 que elas próprias induzem esforços de compressão radial, isto é, esforços de compressões voltados na direção dos raios, na tubulação metálica 1.1. When the limit of elastic deformation is exceeded, the pipeline deforms plastically and does not return to its original shape when pressure P1 is reduced. The residual deformation of the tubing 1 induces stress stresses in the circumferential layers of the reinforcement 1 which themselves induce radial compression stresses, that is, compressive stresses directed in the direction of the rays, in the metallic tubing 1.
A pressão P2 no compartimento Z2 permite deformar axialmente a tubulação 1. Com efeito, o fluido no compartimento Z2 impõe uma pressão . 10 sobre os bujões 27 ou 28 que transmitem forças de tração, paralelas ao eixo AA', nas extremidades da tubulação metálica 1. As forças de tração T2 que são exercidas sobre as extremidades da tubulação 1 via o compartimento Z2 submetido a uma pressão P2 é T2 = P2 kD2/4. As forças de tração impostas à tubulação 1 provocam um alongamento da tubulação 1. Quando o limite de deformação elástica é ultrapassada, a tubulação se deforma elasticamente e não volta mais à sua forma inicial quando se reduz aproximadamente P2. A deformação residual da tubulação 1 induz esforços de tensão nas camadas - axiais de reforço 2 que elas próprias induzem esforços de compressão axial, isto é, esforços de compressão dirigidos segundo o eixo AA', na tubulação metálica 1.The pressure P2 in compartment Z2 allows axial deformation of the pipe 1. In fact, the fluid in compartment Z2 imposes a pressure. 10 on plugs 27 or 28 that transmit tensile forces, parallel to the axis AA ', at the ends of the metallic pipe 1. The tensile forces T2 that are exerted on the ends of the pipe 1 via compartment Z2 subjected to pressure P2 are T2 = P2 kD 2/4. The tensile forces imposed on the pipe 1 elongate the pipe 1. When the limit of elastic deformation is exceeded, the pipe deforms elastically and does not return to its initial shape when it is reduced approximately P2. The residual deformation of the tubing 1 induces tension stresses in the layers - axial reinforcement 2 which themselves induce axial compression stresses, that is, compression stresses directed along the axis AA ', in the metallic tubing 1.
O fato de os dois compartimentos Z1 e Z2 serem distintos e independentes permite aplicar pressões P1 e P2 independentemente uma da outra. Assim, o processo, de acordo com a invenção, permite aplicar préesforços radiais e axiais independentes de forma a otimizar a manutenção da tubulação guarnecida.The fact that the two compartments Z1 and Z2 are distinct and independent allows to apply pressures P1 and P2 independently of each other. Thus, the process, according to the invention, allows independent radial and axial prestressing to be applied in order to optimize the maintenance of the fitted pipe.
Aplicação uma pressão P1 no compartimento Z1, aplica-se também uma força detração axial ás extremidades da tubulação 1 devido ao efeito de fundo. Essa tração axial depende da seção anular do compartimento Z1 medida perpendicularmente ao eixo AA' no nível da junta 29. De acor30 do coma invenção, minimiza-se o valor da seção anular para reduzir o efeito de fundo a um nível inferior, de preferência a um valor pelo menos 50 % inferior ao valor da força T2 gerada pela pressão P2 no compartimento Z2. AApplying a pressure P1 to compartment Z1, an axial retracting force is also applied to the ends of the pipe 1 due to the bottom effect. This axial traction depends on the annular section of compartment Z1 measured perpendicular to the axis AA 'at the level of the joint 29. According to the invention, the value of the annular section is minimized to reduce the bottom effect to a lower level, preferably to a value at least 50% less than the value of force T2 generated by pressure P2 in compartment Z2. THE
10/12 seção anular pode ser reduzida, aumentando-sê b valor do diâmetro b no nível da junta. O efeito de fundo induz pela colocação do compartimento Z1 em pressão não impede operar, de acordo com a invenção, fixando independentemente a pressão P1 e P2, de maneira a aplicar uma força de tração10/12 annular section can be reduced by increasing the diameter b value at the joint level. The bottom effect induces by placing the Z1 compartment under pressure does not prevent operating, according to the invention, independently setting the pressure P1 and P2, in order to apply a tractive force
T2 independentemente da pressão P1. ------------------De maneira geral, a presente invenção propõe aplicar uma tração T2 de guarnição axial, cujo valor pode variar e ser fixado pelo usuário de maneira independente do valor P1 da pressão de guarnição radial. Por exemplo, a pressão de guarnição radial P1 é aplicada por um primeiro meio, • 10 que comporta uma primeiro compartimento colocado sob pressão e a tração de guarnição T2 é aplicada por um segundo meio que comporta um terceiro compartimento colocado sob pressão. Assim, pode-se fixar um valor P2 de guarnição radial, depois se pode determinar T2, sem considerar o valor de P2. Isto é possível, pois segundo a invenção se pode fazer variar a pressão 15 P1 independentemente da pressão P2.T2 regardless of pressure P1. ------------------ In general, the present invention proposes to apply a T2 axial traction traction, the value of which can vary and be fixed by the user independently of the P1 value of the radial trim pressure. For example, the radial lining pressure P1 is applied by a first means, • 10 which comprises a first compartment placed under pressure and the lining pull T2 is applied by a second means which comprises a third compartment placed under pressure. Thus, one can set a radial trim value P2, then T2 can be determined, without considering the value of P2. This is possible because, according to the invention, pressure 15 P1 can be varied independently of pressure P2.
A invenção pode também ser aplicada, utilizando-se dois dispositivos distintos para aplicar uma força de tração T nas extremidades da tu- bulação metálica e uma pressão P sobre a superfície interna da tubulação metálica.The invention can also be applied, using two different devices to apply a tensile force T on the ends of the metallic tubing and a pressure P on the inner surface of the metallic tubing.
Com referência às figuras 3 e 4, instala-se a tubulação recoberta por uma camada de reforço 2 sobre um banco de tração. As extremidades são mantidas por meios de preensão 7 e 8, por exemplo pinças, um sistema parafusos porcas (as extremidades da tubulação formando o parafuso, os meios 7 e 8 sendo as porcas). Os meios de preensão 7 e 8 são ligados por um ou vários macacos dispostos no interior ou no exterior da tubulação metálica 1. Com referência à figura 3, os macacos 11 e 12 ligados aos meios de preensão 7 e 8 pelas hastes 9 e 10 são dispostos no exterior da tubulação 1. Os macacos 11 e 12 permitem aplicar um esforço de tração T nas extremidades da tubulação metálica 1. Com referência à figura 4, o conjunto consti30 tuído pelo macaco 15 e pelas hastes 13 e 14 é instalado no interior da tubulação 1. O macaco 15 permite afastar os meios de preensão 7 e 8 e aplicar um esforço de tração T nas extremidades da tubulação 1. Os dispositivosWith reference to figures 3 and 4, the pipe covered by a reinforcement layer 2 is installed on a traction bench. The ends are held by gripping means 7 and 8, for example tweezers, a system of bolts and nuts (the ends of the tubing forming the bolt, means 7 and 8 being the nuts). The gripping means 7 and 8 are connected by one or more jacks arranged inside or outside the metallic tubing 1. With reference to figure 3, the jacks 11 and 12 connected to the gripping means 7 and 8 by the rods 9 and 10 are arranged on the outside of the pipe 1. The jacks 11 and 12 make it possible to apply a tensile force T to the ends of the metal pipe 1. With reference to figure 4, the assembly consisting of the jack 15 and the rods 13 and 14 is installed inside the tubing 1. The jack 15 allows to detach the gripping means 7 and 8 and apply a tensile stress T to the ends of the tubing 1. The devices
11/12 descritos com referência às figuras 3 e 4 permitem aplicar um esforço de tração axial à tubulação e, portanto, efetuar uma operação de guarnição axial, sem induzir esforços radiais, e, portanto, sem induzir guarnição radial.11/12 described with reference to figures 3 and 4 allow to apply an axial tractive effort to the pipe and, therefore, to carry out an axial packing operation, without inducing radial stresses, and, therefore, without inducing radial packing.
As figuras 5 e 6 representam duas instalações que permitem aplicar uma pressão sobre a parede interna da tubulação metálica 1 recoberta peal camada de reforço 2. As extremidades da tubulação metálica 1 são fechadas pelos bujões 40 e 41. A junta de estanqueidade 40a, respectivamente 41a, assegura a estanqueidade entre o bujão 40, respectivamente o bujão 41, e a parede interna da tubulação metálica 1. Assim, o espaço delimitado pelos bujões 40, 41 e pela parede interna da tubulação 1 forma um compartimento 50 fechado e estanque. Com referência à figura 5, o bujão 41 é mantido em posição pela armação 42. O macaco 43 permite deslocar, segundo o eixo da tubulação o bujão 40. Dispões-se um fluido sensivelmente incompressível no compartimento 50, depois se aciona o macaco 43 para impor uma pressão P no compartimento 50 e, portanto, sobre a parede interna da tubulação metálica 1. Com referência à figura 6, o bujão 41 é solidariamente ligado ao bujão 40 por uma ou várias hastes 44. A picotagem 45 permite introduzir um fluido sob pressão no compartimento 50, de maneira a aplicar uma pressão P sobre a parede interna da tubulação metálica 1. Os dispositivos descritos com referência ás figuras 5 e 6 permitem aplicar uma pressão interna à tubulação e, portanto, efetuar uma operação de guarnição radial, sem induzir esforços de tração axial e, portanto, sem induzir guarnição radial.Figures 5 and 6 represent two installations that make it possible to apply pressure to the inner wall of the metallic pipe 1 covered by the reinforcement layer 2. The ends of the metallic pipe 1 are closed by plugs 40 and 41. The sealing joint 40a, respectively 41a , ensures tightness between plug 40, plug 41, respectively, and the inner wall of the metal pipe 1. Thus, the space bounded by the plugs 40, 41 and the inner wall of the pipe 1 forms a closed and watertight compartment 50. Referring to figure 5, plug 41 is held in position by frame 42. Jack 43 allows to move plug 40 along the pipe axis. A substantially incompressible fluid is disposed in compartment 50, then jack 43 is activated to impose a pressure P in the compartment 50 and, therefore, on the inner wall of the metallic pipe 1. Referring to figure 6, the plug 41 is solidly connected to the plug 40 by one or more rods 44. The perforation 45 allows the introduction of a fluid under pressure in compartment 50, in order to apply a pressure P on the internal wall of the metallic pipe 1. The devices described with reference to figures 5 and 6 allow to apply an internal pressure to the pipe and, therefore, to carry out a radial lining operation, without induce axial traction efforts and, therefore, without inducing radial lining.
Pode-se utilizar um dos dispositivos descritos com referência às figuras 3 e 4 para induzir pré-esforços de compressão dirigidos segundo o eixo AA', na tubulação metálica 1. E se pode utilizar um dos dispositivos descritos com referência às figuras 5 e 6 para induzir pré-esforços de compressão radial na tubulação metálica 1.One of the devices described with reference to figures 3 and 4 can be used to induce compressive prestresses directed along the axis AA ', in the metallic pipe 1. And one of the devices described with reference to figures 5 and 6 can be used to induce prestressing of radial compression in the metallic pipe 1.
Os exemplos numéricos apresentados a seguir ilustram o interesse pela técnica de guarnição, de acordo com a invenção.The numerical examples presented below illustrate the interest in the trim technique according to the invention.
A figura 7 mostra a manutenção mecânica de uma tubulação, o eixo das abscissas Tu, indicando a tensão em kkN, o eixo das ordenadasFigure 7 shows the mechanical maintenance of a pipe, the abscissa axis Tu, indicating the stress in kkN, the ordinate axis
12/1212/12
Pui, indicando a pressão interna MPa.Pui, indicating the internal pressure MPa.
Considera-se uma tubulação de diâmetro interno 14 0 (0,3556 m_ e de espessura 15,5 mm em aço de limite elástico 740 MPa.It is considered a pipe with an internal diameter 14 0 (0.3556 m_ and a thickness of 15.5 mm in 740 MPa elastic limit steel.
A curva C1 com losangos negros indica o envoltório da manu5 tenção da tubulação sem guarnição. -------------------------------A mesma tubulação em aço é recoberta de uma camada de guarnição circunferencial espessa de 10 mm e de uma camada de guarnição axial espessa de 10 mm. A tubulação é guarnecida, segundo o processo da invenção, aplicando-se uma pressão P1 de 1070 bárias e uma tração T2 de . 10 18 mega Newton.The C1 curve with black diamonds indicates the wrapping for the maintenance of the piping without trim. ------------------------------- The same steel tubing is covered with a 10 mm thick circumferential a 10 mm thick axial trim layer. The pipe is fitted, according to the process of the invention, applying a pressure P1 of 1070 bar and a traction T2 of. 10 18 mega Newton.
A camada C2 copm quadrados mostra o envoltório da manutenção elástica da tubulação guarnecida. A curva 03 com triângulos mostra o envoltório da manutenção à ruptura da tubulação guarnecida.The layer C2 copm squares shows the elastic maintenance wrap of the fitted pipe. Curve 03 with triangles shows the maintenance envelope when the pipe is broken.
Em comparação, a curva 04 em traço descontínuo mostra a 15 manutenção elástica de uma tubulação de diâmetro interno 14 (0,3556 m) e de espessura 21 mm em aço de limite elástico 740 MPa, sem guarnição.In comparison, curve 04 in discontinuous line shows the elastic maintenance of a pipe with an internal diameter 14 (0.3556 m) and a thickness of 21 mm in 740 MPa elastic limit steel, without trim.
Comparando-se as curvas 02 e 04, observa-se que a tubulaçãoComparing curves 02 and 04, it is observed that the piping
- guarnecida de espessura 14,5 mm tem um limite elástico em tensão só equivalente àquele da tubulação de espessura 21 mm sem guarnição e em pres20 são interna só superior àquela da tubulação guarnecida de espessura 21 mm sem guarnição.- 14.5 mm thick liner has an elastic limit in tension only equivalent to that of 21 mm thick tubing without liner and internal pressure is only higher than that of 21 mm thick liner without liner.
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